天津滨海新区风电气候资源评估

姚　巍　李　春　杨艳娟　胡　潮

（1天津市滨海新区气象局天津3004572天津市气候中心天津300074）

天津滨海新区风电气候资源评估

姚巍1李春2杨艳娟2胡潮1

（1天津市滨海新区气象局天津3004572天津市气候中心天津300074）

滨海新区是天津风电气候资源最为丰富，也是风电项目最为集中的地区。本文进行了天津滨海新区风能资源的天气学分析，并利用滨海新区风能资源详查结果，提出了风电资源气候资源应用的建议，为风电项目建设和运营提供科学参考。

风电；气候资源；滨海新区

1　引言

作为新兴洁净能源的典型代表，风力发电已成为各地近年来发展迅速的明星项目。天津风能资源丰富，适合风电项目的发展，其中滨海新区由于濒临沿海，地理位置优越，是天津市行政区内风能资源最丰富的地区，也是风电项目最为集中的区域。目前，滨海新区已陆续建成了大神堂、沙井子、马棚口等大型风电项目并实现并网发电。据国家能源局对2015年上半年全国风电并网运行情况的统计，天津的风电平均利用小时数达到1326h，平均每天7.26h，排在云南（1706h）和四川（1434h）之后，列全国第三位。但是，这一统计报告也显示，天津累计并网容量仅为28.55×104kW，绝对数量在全国仅高于北京和西藏两省市，另外，天津的弃风电量达到0.21×108kW·h，弃风率达到5.33%，在华北地区的6家电网公司调度统计中列第3位。所以，科学评估滨海新区的风电气候资源特征，从而提高风能资源发电的利用效率，或为风电项目建设提供科学规划，具有重要的经济现实意义。

2　风能资源特征的天气学分析

天津北依燕山，东临渤海，季风环流影响显著。冬季受蒙古冷高压控制，盛行偏北风；夏季受西太洋副热带高压影响，多偏南风。天津属于暖温带半湿润半干旱季风气候区，主要为大陆性气候特征，但受渤海影响，沿海地区有时也表现出海洋性气候特征，海陆风现象明显。因此，天津市风能资源从沿海向内陆地区递减，具体而言为东部沿海地区的塘沽、大港和汉沽比较丰富，平均风速大，风功率密度值高，有效小时数较多；内陆地区的宁河、汉沽、东丽、津南以及静海、蓟县、武清、宝坻、西青、北辰、市区风能资源状况一般或比较贫乏，平均风速较小，风功率密度值偏低，有效小时数较少。

造成天津风能资源分布状况的原因与地理环境和大气环流、天气系统有关。天津地区的风场主要受东亚季风环流的支配及与其相配合的天气系统的影响。冬季的蒙古冷高压在向东南方向扩散时，从西北或东北路径影响天津市，常产生较大偏北风。春季东北低压频繁出现，天津处在低压的东南部，受其影响使得西南风较大；在气压场上，华北平原的地形槽易在春季形成，也对天津的西南风起到一定的增幅作用；春季大陆上的变性冷高压东移入海后，叠加在较冷的海面上，使其再度加强，天津处在入海高压的西部，往往造成较大的西南风。夏季，西北太平洋副热带高压不断西进、北抬，天津处在其西北部边缘，形成南高、北低的气压场分布，此时多为弱偏南风；盛夏季节，由于海洋与陆地的温度差较大，东部沿海地区海陆风的特征十分明显，也使得天津的东南风偏多。秋季是从夏到冬的过渡季节，时间短，且多风和日丽的天气，往往在秋末冬初有寒潮爆发时，偏北风较大。天津滨海新区地处渤海沿岸，受海陆风及西太平洋副热带高压影响，夏半年以东南风和西南风为主，冬半年以西北风为主。由于冬、春季节常出现较大西北风，此时风速及空气密度均较大，因此风能密度多集中在西北方位。

3　滨海新区风能资源调查结果分析

根据天津市气象局的观测资料显示，近50年来，天津大风日数呈显著减少趋势。天津的年平均大风日数为7～48天，以塘沽最多。大风的季节特征明显，春季大风日最多，占全年的30%以上，冬季次之，秋季、夏季大风依次减少。

为具体考察滨海新区风能资源情况，天津市气象局于2009年在滨海新区的大神堂、中新生态城、大港油田分别建立了三座测风塔，高度分别为100m、70m和70m。根据测风塔2009年9月～2010年8月的观测结果显示，测风塔在70m的平均风速在5.5 m/s～6.1 m/s，平均风功率密度为194.5 w/m2～251.4 w/m2，≥200W/m2的技术可开发量为91×108kW，技术可开发面积为209km2，可装机密度系数达4 MW/km2～5MW/km2之间。3座测风塔风能资源等级为1～2级，风资源量虽不高，但风频分布比较适合，风资源质量较好，且有效小时数高，风资源可利用时间较长。同时风速变化较为平稳，很少有破坏性的风速，这种风况对于风机的设计和运行都比较经济。此外，风能资源随高度增加。以汉沽大神堂测风塔为例，50m高度平均风功率密度为206.4W/m2，70m高度增加到244.4W/m2，至100m高度，平均风功率密度已达310.4W/m2。在风能资源的时间变化方面，3座测风塔70m平均风速和平均风功率密度的年变化及日变化均较一致，年变化为春季大、夏季小，日变化为上午低、夜间高，这为风电场的电网调度提供了依据，可充分利用春季大风季节和午后、夜间时段发电，在无限电要求下，停机检修等工作应尽量避让大风时段。在3座测风塔中，大港油田和汉沽大神堂风资源较好，若单纯以资源大小来评价，这两地建设发展大型风电场更为合适。

4　风电气候资源应用建议

4.1根据滨海新区风资源气候特征的分析，风电场风机排布应考虑到风能密度的分布特征，一般应沿东北-西南方向为行、东南-西北方向为列的风机排布方式，从而有利于提高风能资源利用率。

4.2风能资源详查工作可为天津市风电发展规划提供依据。根据观测的测风塔实测数据分析得到的从风能资源角度来看，天津风能资源的技术可开发区域主要位于滨海新区详查区的沿海地带，在该区域内，均具备建设大型风电场的条件，尤其是大港沿海地区，风能资源较好，可开发面积较大。风能项目管理和建设部门，可根据风能资源详查及评估结果，制定相应的风能资源开发规划以及开发顺序，以便较为科学合理有序的利用天津风能资源。另外，风能资源详查工作可为风电场建设提供理论指导，根据天津市沿海地区地形及风能资源特点，建议风电场应选择高轮毂、大容量单机，且风机排布应考虑场址的风能密度分布特点，以提高风能资源利用率。

4.3一般而言，沿海风速随离岸距离增大而迅速衰减，因此可开发的风能资源仅限于沿海地区，但受到土地利用等限制，陆上大型风电场的潜在场地越来越少，开发能力有限。天津地处渤海湾，近海海域有着丰富的风能资源，风电建设项目未来可向海上转移，以提高天津可再生能源的发展空间。

[1]国家能源局.2015年上半年全国风电并网运行情况.2015,7.

[2]杨振斌,薛桁,朱兆瑞,等.中国风能资源评价报告[M].北京:气象出版社,2006:11-17.

[3]凌申.对我国沿海风能资源开发利用的思考[J].资源与环境, 2008,24(7):634-657.

[4]Burton T,Sharpe D,Jenkins N,et al.武鑫译.风能技术[M].北京：科学出版社,2007:18-20.

姚巍（1979—），男，内蒙古人，本科学历，工程师，从事气象业务管理工作，研究方向：气象预报与气象服务。